硒是人体和动植物体内的重要元素,其有益和毒害的作用都依赖着硒的剂量、形态和生物的有效性。目前有许多的富硒产品都是通过外源施硒的途径来提高硒的含量,但硒的有效吸收利用的效果远远不及富硒的材料。本文以富硒水稻为研究材料,通过研究富硒水稻与非富硒水稻中硒与蛋白之间的关系、蛋白质组与代谢组之间的差异表达水平,并通过动物建模试验,系统地研究富硒水稻的生理生化特性及其硒蛋白的抗氧化活性,旨在为硒在农业生产上的安全使用和水稻硒蛋白的开发利用提供科学依据。本研究的主要结论如下:1.通过水稻籽粒中不同部位的硒含量与蛋白质的含量测定,结果表明富硒水稻(Z3057B)中胚的硒含量最高,其他部分中的硒从外部颖壳向内胚乳呈逐渐递减规律。富硒水稻Z3057B蛋白分子量主要分布于13.6~122.6 kDa,各分子量的蛋白质均与硒结合,硒的结合量与蛋白质分子量呈负相关关系,分子量为13.6 kDa的蛋白质含量最高,占总蛋白含量的38.7%,67.5%的硒含量结合于分子量不高于38.8 kDa的蛋白质中。2.采用iTRAQ技术的水稻定量蛋白质组学和代谢组学研究方法,找出富硒水稻(Z3057B)与非富硒水稻(成恢727)蛋白质组和代谢组表达水平的差异。富硒与非富硒水稻之间差异蛋白为401个,其中上调差异蛋白193个,下调差异蛋白208个。生物信息学分析得出77个目标差异蛋白,主要包括氧化还原酶、转移酶、异构酶、热休克蛋白、裂解酶、水解酶、连接酶、合成酶、微管蛋白、肌动蛋白。差异代谢物包括黄酮、氨基酸、儿茶素、有机酸、核苷酸、原花青素、糖类、植物激素等。通过差异蛋白和差异代谢物的生物信息学分析发现,富硒水稻的抗应激、抗氧化、活性氧代谢、碳水化合物和氨基酸代谢较非富硒水稻强,但参与淀粉合成途径较非富硒水稻弱。CYS和metE可能是导致两种类型水稻(Z3057B、成恢727)氨基酸差异的2种关键蛋白,OsAPx02、CatC、riPHGPX和HSP70、HSP90可能是调节两种类型水稻(Z3057B、成恢727)抗氧化和抗应激作用的蛋白基因。3.以自然衰老的老龄小鼠为模型,设置富硒大米、非富硒大米和无机硒源等处理,探索富硒大米和无机硒对动物机体影响的差别。富硒大米能提高小鼠肝脏的总抗氧化活性(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px),并且降低丙二醛(MDA)。利用转录组RNA-Seq测序技术,分析自然老龄小鼠喂食富硒大米心脏基因的表达变化,发现喂食富硒大米精米的小鼠和非富硒大米的小鼠,共有53个差异表达基因。GO分析表明,绝大部分差异基因功能属于细胞过程、结合、生物调控和催化活性。KEGG分析表明,富硒大米可能参与了123条信号通路,如结直肠癌、前列腺癌、小细胞肺癌、长寿调节通路和PI3K-AKT信号通路。4.以富硒水稻(Z3057B)提取的硒蛋白为研究对象,采用连续提取法依次提取水溶性蛋白、盐溶性蛋白、醇溶性蛋白、碱溶性蛋白,测定不同硒蛋白对羟基自由基和DPPH自由基的清除效果。结果表明,硒蛋白抗氧化能力与硒含量密切相关,其抗氧化能力强弱依次为水溶性蛋白>碱溶性蛋白>盐溶性蛋白>醇溶性蛋白,水稻硒蛋白主要为水溶性蛋白。硒蛋白能显著增强对衰老小鼠血清和肝脏中T-AOC、GSH-Px、SOD的活性,降低MDA含量。当硒蛋白含量为25μg/(kg.day)时可显著减少D-半乳糖对肝脏的损伤。综上所述,富硒水稻既满足人类对硒的需求,且对人体安全,对环境友好。在选择非富硒水稻进行叶面喷施富硒化处理时,要选择叶片对硒敏感的品种,并控制外源施硒的浓度。从富硒水稻中提取的硒蛋白可以作为一种有发展潜力的延缓衰老保健食品。